JPH01298174A - イオンサイクロトロン共鳴を用いた薄膜形成方法および該方法に用いる装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、イオンサイクロトロン共鳴ＩＣＲ（Ｊｏｎ　
Ｃｙｃｒｏｔｒｏｎ　Ｒｅ５ｏｎａｎｃｅ　）を用いる
ことにより薄膜を形成する方法及び該方法に用いる装置
に関する。

〔従来の技術〕

気相からの薄膜形成方法には、ＥＣＲ（Ｅｌｅｃｔｏｒ
ｏｎＣｙｃｒｏｔｒｏｎ　Ｒｅ５ｏｎａｎｃｅ）プラズ
マＣＶＤ法（電子サイクロトロンプラズマ化学的気相蒸
着法）がある。

すなわち、ＥＣＲプラズマＣＶＤ法は電磁波の周波数ν
と磁場の強さＢを、 ｖ＝ｅ１Ｂ／２ｘｍｅ （ｅ：電荷、ｍｅ：電子の質量） の関係を満足させるように設定することにより電子にサ
イクロトロン共鳴（ＥＣＲ）を生じさせ、ブラズマの密
度を上げることにより原料ガスを分解させるものである
。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、ＥＣＲプラズマＣＶＤ法における成膜メ
カニズムには不明な点が多く、従来のＥＣＲプラズマＣ
ＶＤ法では、成膜する膜質等を操作条件の調節等により
所望に応じて直接制御することは容易ではなかった。

例えば、ＥＣＲプラズマＣＶ［］法においては成膜に必
要な活性種（イオン）は電子の衝突の結果得られるので
、操作条件を調節して活性種のエネルギー状態を直接制
御しにくく、活性種のエネルギー状態の制御によって膜
質等を調節することは困難であった。

また、マイクロ波や高周波の投入パワーの制御により成
膜に必要な活性種のエネルギー状態のみを好適なものに
調節して、成膜の制御を行なおうとしても、成膜に不必
要な活性種の生成、高励起化が避けされない。

本発明は、このようなＥＣＲプラズマＣＶＤ法における
問題点に鑑みなされたものであり、成膜に必要な活性種
（イオン）を選択的に活性化でき、効果的な薄膜形成が
可能なＥＣＲを利用した薄膜形成方法及び該方法に用い
る装置を提供することにある。

［問題点を解決するための手段］ 本発明の薄膜形成方法は、基体が配置されたプラズマ生
成室内に該基体上への成膜に必要なイオンを形成するた
めの気体を導入し、マイクロ波及び高周波の少なくとも
一方と、磁場とにより該気体から前記成膜に必要なイオ
ンのイオンサイクロトロン共鳴を生成して前記基体上に
薄膜を形成する方法であって、前記イオンとして２種以
上のイオンを用い、前記磁場がこれらイオンのそれぞわ
のイオンサイクロトロン共鳴に必要な複数の磁場強度を
含１［場強度分布を有することを特徴とする。

また、本発明の装置は基体が配置し得るプラズマ生成室
と、該プラズマ生成室内に該基体上への成膜に必要な２
種以上のイオンを形成するための気体を導入するめの手
段と、該気体にマイクロ波及び高周波の少なくとも一方
を作用させるための手段と、前記イオンのそれぞれのイ
オンサイクロトロン共鳴に必要な磁場強度を含む磁場強
度分布を形成するための手段とを有することを特徴とす
る。

本発明によれば、成膜に必要なイオンに対して選択的に
エネルギーを供給することが可能となり、所望に応じた
膜質の薄膜を容易に成膜できる。

つまり、成膜に必要な複数のイオンのそれぞれについて
プラズマ生成室内で シ＝ｅ−Ｂ／２πＭ　　　（１） （シ：電磁波周波数、Ｂ−磁場の大きさ、ｅ：電荷、Ｍ
；イオンの質量） の関係を、プラズマ生成室内に形成される磁場強度分布
により満足させて、成膜に必要なイオンのサイクロトロ
ン共鳴を選択的に生じさせることができる。その結果、
各イオンの運動エネルギーを選択的に増大させて、それ
らのイオンによる成膜を効果的に行なうことができる。

特に、本発明では、成膜に必要なイオンが２神以上であ
る場合に、それぞれのイオンのＩＣＲを、プラズマ生成
室内に形成した磁場強度分布により効果的に得ることが
でき、例えば所望の組成を有し、緻密で平滑な薄膜を形
成できる。

また、プラズマ生成室内に形成した磁場強度分布を調節
することにより、成膜の制御が極めて容易となる。

例えば、へ元素とＢ元素よりなる化合物ＡＢの薄膜を形
成する場合、Ａ′″、Ｂ°イオンに共鳴するような磁場
強度を含む磁場強度分布をプラズマ生成室内に生じさせ
る。

このときイオンは一価でも二価でもかまわない。また、
Ａ成分構成用のイオンは、Ａ＋イオンだけでなく水素化
物のイオン（ＡＨ”　）、フッ素化物のイオン（ＡＦ”
）等の形のものでもかまわない。さらに、成膜に必要な
（関与する）イオンとは成膜された膜を構成する化合物
に含まれる元素のイオンのみでなく、膜から不純物を除
去するだめの水素イオン（Ｈ“）、酸素イオン（０゛）
、フッ素イオン（Ｆ４）等も含まれる。

第１図に、本発明の薄膜形成装置とその磁場分布の一例
を示す。

この装置は、プラズマ生成室１と、プラズマ生成質１内
に所定の磁場分布を形成するための磁場発生用の磁石等
の磁場発生手段２と、プラズマ生成室１内にマイクロ波
を導入するためのマイクロ波導波管３とを有し、プラズ
マ生成室】内には、高周波放電発生用の高周波電極４と
、原料ガスが導入される原料ガス導入口５と、マイクロ
波導波管３からのマイクロ波が導入されるマイクロ波導
入窓６が設けられている。

また、成膜用の基体は例えば７ａまたは７ｂで示された
位置に配置される。

この装置を用いての例＾ばＡＢの組成を有する薄膜の成
膜は以下のようにして行なうことができる。

まず、磁場発生手段２からの磁場を、例えば第２図に示
すような磁場強度分布とし、Ａ点を八〇のＩＣＲに必要
な磁場強度とし、またＢ点をＢ４のＩＣＨに必要な磁場
強度とする。なお、磁場強度の算定は前記式（１）によ
り行なう。また、磁場発生手段２としては、永久磁石、
電磁石、さらには超伝導磁石などが使用可能である。

次に、プラズマ生成室１内を不図示の排気系でＩ　Ｘ　
１０−’Ｔｏｒｒ程度とし、原料ガス導入口５からＡ４
及びＢ４の形成に必要な原料ガスを所定の流量で導入し
、プラズマ生成室１内の圧力を１０−”Ｔｏｒｒ程度に
調節する。

更に、必要に応じて、不図示のマイクロ波発生装置から
所定の周波数及びパワーのマイクロ波を発生させ、マイ
クロ波導波管３及びマイクロ波導入Ｚ６を介してプラズ
マ生成室ｌ内にマイクロ波を導入して原料ガスの分解・
イオン化を行なう。

ここで、高周波電源から所定の周波数及びパワーの高周
波放電を行ない、マイクロ波により形成されたＡ１及Ｂ
４のＩＣＲを選択的に得て、基体７ａ　（７ｂ）上にＡ
Ｂの組成を有する薄膜を効果的に成膜することができる
。

なお、ＩＣＨの形成は、上記のように高周波放電によっ
て行なっても良いが、必要に応じて高周波放電とマイク
ロ波との少なくとも一方を用いて行なうことができるが
、上述のようにマイクロ波によるイオン化と高周波によ
るＩＣＨの形成を組み合せれば、マイクロ波によって高
周波放電を安定化させることができるので都合が良い。

本発明に用い得るマイクロ波及び高周波としては、２．
４５Ｇ４１ｚのマイクロ波や１３．５６１４Ｈｚもしく
は４００ｋＨｚの高周波などが使用できるが、周波数は
これらの限りではない。

また、高周波およびマイクロ波のパワー、原料ガスのｆ
ｍ類とその流量等の各種操作条件は、成膜すべき膜の組
成、膜質、膜厚等に応じて適宜選択すれば良い。

本発明においては、磁場発生手段からの磁場に、成膜に
必要なイオンのＩＣＲを得るのに必要な磁場強度を含む
磁場強度分布をもたせたことにより、成膜に必要なイオ
ンのＪＣＲを選択的に形成でき、成膜に必要なイオンが
２種以上の場合に効果的な成膜が可能である。

すなわち、成膜に必要なイオンが２種以上の場合に、個
々のイオンのＩＣＨの形成に必要な磁場強度にバラツキ
があると、本発明のように磁場強度に分布をもたせずに
成膜すると、複数のイオンのすべてのｒＯＲを効率良く
起こさせることができず、また不必要なイオンのＩＣＲ
が形成されてしまい、効果的な成膜が行なえない場合が
多い。

［実施例］ 以下に具体的実施例に従い、本発明を更に詳細に説明す
る。

実施例１ 第１図の装置を用いて立方晶系窒化ホウ素膜の製造を行
なった。

前記式（１）から算定された１３．５６　ＭＨｚの高周
波に対する窒素イオンとホウ素イオンの共鳴磁場は各々
１２，５テスラ、９．８テスラであるので、第１図の磁
場分布のＡ点を１２，５テスラ、Ｂ点を７．８テスラと
なる磁場強度分布を磁場発生手段２により設定した。

次に、プラズマ生成室１内を不図示の排気装置により１
０−’Ｔｏｒｒまで排気した後、窒素、ジボラン及び水
素の各ガスをガス導入口３より各々２　ＳＣＣＭ、Ｉ　
ＳＣＣＭ、１０　ＳＣＣＭで導入し、ガス圧力を１０”
”Ｔｏｒｒとした。

更に、マイクロ波導波管３より２．４５　ＧＨｚのマイ
クロ波を導入して原料ガスの分解イオン化を行ない、更
に１３．５６ＭＨｚの高周波を電極４から印加した。

なお、基体として単結晶シリコン基板上基板の位置に置
いた。

成膜中、基板温度は２５０℃に保持した。

成膜終了後、シリコン基板上には、Ｘ線回折により立方
晶窒化ホウ素と認められる平滑で密着力のよい膜（膜厚
、３μｍ）が得られた。

〔実施例２〕 第１図の装置の高周波の周波数を４００　ｋＨｚのもの
に変更し以下のようにして、ＳｉＣ膜の製造を行なった
。

前記式（］）から求めた高周波４００　ｋ）Ｉｚに対す
るケイ素イオンと炭素イオンの共鳴磁場は各々０．７４
テスラと０．３２テスラとなるので、第１図の磁場分布
のＡ点を０７４テスラ、Ｂ点を０．３２テスラとなるよ
うに磁場強度を調整した。

使用したガスはＳｉＨ４ガス、ＣＨ４ガス及びＨ２ガス
でそれぞれＩ　ＳＣＣＭ、　５　ＳＣＣＭ、２０　ＳＣ
ＣＭでプラズマ生成室１内に導入し、プラズマ生成室１
内のガス圧は１Ｏ−３Ｔｏｒｒとした。

以下高周波の周波数を４００　ｋＨｚとする以外は実施
例１と同様にして、マイクロ波を導入し、高周波を発生
させ、成膜を行なった。

なお、基体としては、単結晶シリコン基板を用い、７ｂ
の位ぼを置いた。

２時間の成膜により、Ｘ線回折よりＳｉＣと認められる
平滑で密着力のよい膜（膜厚、５μｍ）が得られた。

実施例３ 実施例２の成膜条件において、ガス種に１％水素ガス希
釈フッ化水素を更にＩ　ＳＣＣＭの流量で追加する以外
は、実施例２と同条件で成膜を行なった。

なお、前記式（１）から求めた高周波４００　ｋＨｚに
対するフッ素イオンの共鳴磁場は０．５テスラであり、
この磁場強度は実施例２のプラズマ生成室の磁場分布中
に存在する。

２時間の成膜ののち、Ｘ線回折でＳｉＣと認められる膜
が得られた。その膜厚は４μｍであったが、Ｘ線回折の
半値巾から計算される結晶粒径は実施例２より大きいこ
とが認められ、結晶性の向上が傍証された。

〔発明の効果］ 以上説明したように、本発明によれば、磁場に磁場強度
分布をもたせることにより、成膜に関与する２種以上の
イオンの運動エネルギーをイオンサイクロトロン共鳴に
よって選択的に十分に高めることができ、成膜される膜
質の制御が容易となり、例えば平滑で密着力が高く、結
晶性の高い薄膜を容易に形成することが可能となった。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のイオンサイクロトロン共鳴プラズマＣ
ＶＤ装置の一例の概略図であり、第２図は１場分布の一
例を示すグラフである。 １・・・・・・プラズマ生成室　２・・・・・・磁石３
・・・・・・マイクロ波導波管 ４・・・・・・高周波電極　　　５・・・・・・ガス導
入口６・・・・・・マイクロ波導入口 アａ、７ｂ・・・・・・基板

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）基体が配置されたプラズマ生成室内に該基体上への
   成膜に必要なイオンを形成するための気体を導入し、マ
   イクロ波及び高周波の少なくとも一方と、磁場とにより
   該気体から前記成膜に必要なイオンのイオンサイクロト
   ロン共鳴を生成して前記基体上に薄膜を形成する方法で
   あって、前記イオンとして２種以上のイオンを用い、前
   記磁場がこれらイオンのそれぞれのイオンサイクロトロ
   ン共鳴に必要な複数の磁場強度を含む磁場強度分布を有
   することを特徴とする薄膜形成方法。 ２）基体が配置し得るプラズマ生成室と、該プラズマ生
   成室内に該基体上への成膜に必要な２種以上のイオンを
   形成するための気体を導入するための手段と、該気体に
   マイクロ波及び高周波の少なくとも一方を作用させるた
   めの手段と、前記イオンのそれぞれのイオンサイクロト
   ロン共鳴に必要な磁場強度を含む磁場強度分布を形成す
   るための手段とを有することを特徴とする薄膜形成装置
   。